フィデューシャル マークの設計不良による PCB の印刷品質への影響

あらゆる種類の電子部品の重要なキャリアとして、プリント回路基板は部品に優れた機械的サポートを提供し、論理回路に従って異なる厚さの銅箔ラインと異なるサイズのはんだ付けパッドを介してそれらの部品を接続し、製品の電気的性能を実現します。ほとんどの電子製品は SMT によって製造されるため、PCB 設計の品質は、電気的性能の正常な動作と PCB アセンブリ製造の効果的な動作の両方に直接関係しています。この記事では、基準マークが印刷品質に与える影響とともに、ポイント ツー エリア方式での電子製品製造の分野における PCB 製造可能性の重要な影響について説明します。

基準マークの機能

SMTデバイスの方法を使用した電子製品の大量生産のプロセスでは、アセンブリ用のPCBの各バッチは、正しいボードと正確な位置の要件に準拠する必要があります。特別な設計のない手動操作は、効率と精度の低下につながり、製品の欠陥を引き起こす可能性があります。

ボードの正確な位置は、通常、位置決め穴または基準マークによって確保できます。位置決め穴の設計は、PCB アセンブリ装置のブランドとモデル番号に依存するため、位置決め穴は各 PCB に配置されませんが、フィデューシャル マークは各 PCB に必要です。

基準マークは、特別な光学位置決めシンボルです。製造中、組み立て装置は生成された画像座標を基準マークに照射し、システム内の事前設定された標準データと比較されます。座標が標準データと一致するか、差異が許容範囲内である場合、機械は PCB の正しさを判断し、印刷、実装、はんだ付けなどの手順のために機械の内部に送られます。そうしないと、PCB が正しくないと判断され、ボードの送信が一時停止され、アラームが送信されます。

したがって、フィデューシャル マークは、電子製品の正確性を保証する上で重要な役割を果たします。それにもかかわらず、多くの PCB 設計者は、設計した PCB をアセンブリ デバイスに認識させず、その後の正常な生産を実行できないことがあります。 PCB 設計の過程で、フィデューシャル マークの要件と規制を認識することは非常に必要です。

基準マーク設計の要件

• 基準マークと設計パラメータの構成

統合基準マークにはマークとクリアランスが含まれており、図 1 に表示されています。基準マークの一般的なパターンを図 2 に示します。

一般的に言えば、直径 1mm (±0.2mm) の黒丸は、透明な不酸化コーティングで保護されたベア銅、スズ メッキ、またはニッケル メッキで作られたフィデューシャル マークに最適な選択です。フィデューシャル マークをアセンブリ デバイスで認識しやすくするために、フィデューシャル マークの色は周囲の色とは明らかに異なる必要があります。また、1mm 大きいサイズのクリアランスをフィデューシャル マークとして確保する必要があります。一般に、クリアランスの半径は 2R (R はフィデューシャル マークの半径を指します) 以上であり、クリアランスの半径が 3R に等しい場合、デバイスの認識効果は最高です。

• 基準マークのルーティング要件

3 つの非線形点が平面を決定するという理論に基づいて、図 3 に示すように、PCB 上に「L」のパターンで 3 つのフィデューシャル マークを配置する必要があります。図 4 のように、対角線に沿って少なくとも 1 組の基準マークをボードに配置する必要があります。

対角線に沿ったフィデューシャル マークは、完全に対称に配置しないでください。そうしないと、基板が正しくない場合にデバイスがエラーを検出できず、基板の精度が低下したり、実装が間違っていたりして欠陥が発生します。いくつかの特別な要件と正確な位置決めが必要なコンポーネントの場合、ローカル基準マークを設計して、取り付けの精度を高めることができます。

さらに、フィデューシャル マークと PCB エッジの間の距離は、SMT デバイスによってクランプされる最小距離要件より大きくなければならず、ボード エッジではなく PCB 内にあり、最小フィデューシャル マークのクリアランス要件を満たす必要があります。また、印刷装置や実装装置の認識効果を高めるために、他の配線、シルクスクリーン、はんだパッド、V-Cut は、フィデューシャル マークのクリアランスおよびクリアランスと他の金属点 (テスト ポイントなど) の距離内に配置しないでください。 ) 類似のタイプで、少なくとも 5.0 mm である必要があります。

• 基準マークの製造要件

ベアボードPCBの製造工程において、フィデューシャルマークからの寸法変化は25μm以下である必要があります。サイズの変化が大きすぎると、コンピュータ画像で取得したデータのずれが基準値の変化区分を超えてしまい、ボードローダとアラームの両方に影響を与え、製造効率がダウンします。

フィデューシャル マークの表面の平坦度は 15 μm 以内に制御する必要があり、同じ内部背景を共有する必要があります。そうしないと、平面度の低さがデバイスの認識効果に影響を与えたり、デバイスが機能しなくなったりする可能性があります。

同じボード番号を持つ PCB 上のすべてのフィデューシャル マークは、サイズと形状が同じでなければなりません。すべての基準マークは、直径 1mm の黒丸でマークすることをお勧めします。フィデューシャル マークと PCB の基板材料との間に高いコントラストが現れると、最高のパフォーマンスが得られます。さらに、フィデューシャル マークは、銅箔ボード上の銅箔で分離する必要があります。

ケース分析

わかりやすい説明を提供するために、サイズ 50mmx30mm の PCB プロトタイプは、図 5 に示すように対角線に沿って配置されたフィデューシャル マークで Protel ソフトウェアによって描画されます。

図 5 のフィデューシャル マークの設計では、デバイスは、カメラによってパラメーターを認識し、正しいボードのロード方向と比較して、プリンターによる正しい印刷作業を確実に行うことができます。

ただし、プロトタイプが 180° ひっくり返された図 6 のような状況のように、ボードのロード方向が正しくない場合でも、デバイスはボードのロード方向と現在の PCB の位置の正確さに固執します。この状態で、定められた手順に従って通常の印刷作業を実施します。

これにより、製造効率が大幅に低下します。さらに悪いことに、PCBA の効率は非常に高いため、不良 PCB が発生した後、製造が停止する前に問題のある PCB が大量に生成されます。この状況では、製造時間と効率が低下し、製品の品質にも影響が及びます。

完全な対称性を避けるべき基準マークの配置とは別に、基準マークの端と基板の端の間の距離にも注意する必要があります。距離は 3.5mm から 5mm の範囲で設定してください。また、フィデューシャル マークのマークは、大きすぎず小さすぎず、中程度でなければなりません。円形パターンの場合、直径は 1.0 ～ 3.0 mm の範囲で制御する必要があります。直径が大きすぎると、装置が比較的大きな場所調整を行うため、比較的大きなずれが発生して印刷欠陥が発生します。直径が小さすぎると、デバイスがそれらを認識できず、デバイスがボードのロードを拒否したり、アラームを発したりする可能性があります。

結論として、フィデューシャル マークの設計は比較的簡単ですが、いくつかの詳細は無視されがちです。設計を誤ると、フィデューシャルマーク本来の機能が発揮できず、何らかの不具合が発生し、印刷ミスや製造の遅れにつながる可能性があります。したがって、回路設計者は、回路設計に関する理論的知識と、PCB 製造におけるアセンブリ デバイスの要件を習得する必要があり、製品の製造可能性、製造効率、および経済性を向上させるために、生産ラインのあらゆる側面から列挙されたすべての要件を考慮する必要があります。

役立つリソース
• SMT PCB の設計要件パート 4:マーク
• PCBCart のフル機能 PCB 製造サービス - 複数の付加価値オプション
• PCBCart の高度な PCB アセンブリ サービス - 1 個から開始